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核热驱动有机朗肯循环透平自润滑静压止推轴承静态特性研究

杜秋晚 刘铭 闫晓 张曌 张诚 刘文兴 袁德文

杜秋晚, 刘铭, 闫晓, 张曌, 张诚, 刘文兴, 袁德文. 核热驱动有机朗肯循环透平自润滑静压止推轴承静态特性研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 289-296. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0289
引用本文: 杜秋晚, 刘铭, 闫晓, 张曌, 张诚, 刘文兴, 袁德文. 核热驱动有机朗肯循环透平自润滑静压止推轴承静态特性研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 289-296. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0289
Du Qiuwan, Liu Ming, Yan Xiao, Zhang Zhao, Zhang Cheng, Liu Wenxing, Yuan Dewen. Investigation on Static Characteristics of Self-lubricated Aerostatic Thrust Bearing of Organic Rankine Cycle Turbine Driven by Nuclear Heat[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 289-296. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0289
Citation: Du Qiuwan, Liu Ming, Yan Xiao, Zhang Zhao, Zhang Cheng, Liu Wenxing, Yuan Dewen. Investigation on Static Characteristics of Self-lubricated Aerostatic Thrust Bearing of Organic Rankine Cycle Turbine Driven by Nuclear Heat[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 289-296. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0289

核热驱动有机朗肯循环透平自润滑静压止推轴承静态特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0289
基金项目: 中国博士后科学基金资助项目(2024M764273);国家资助博士后研究人员计划(GZB20240988)
详细信息
    作者简介:

    杜秋晚(1993—),男,助理研究员,现主要从事先进核能技术研究,E-mail: qwdu1113@163.com

    通讯作者:

    闫 晓,E-mail: yanxiao@npic.ac.cn

  • 中图分类号: TL334;TH133.36

Investigation on Static Characteristics of Self-lubricated Aerostatic Thrust Bearing of Organic Rankine Cycle Turbine Driven by Nuclear Heat

  • 摘要: 微型反应堆搭配有机朗肯循环的技术路线是实现特殊场景多能供给的有效方案。在有机朗肯循环透平发电机组中使用有机工质自润滑气浮轴承可取消庞杂的油站系统,是提高系统紧凑性的有效措施。为探究有机工质自润滑气浮轴承的静态特性,本研究针对静压止推轴承,讨论了供气压力、供气温度和转速对轴承承载力和耗气量的影响规律,并进一步探究了节流形式、轴向间隙和润滑介质的影响。结果表明,不同工况下,气膜压力分布规律基本保持一致,沿径向从节流区域向出口处逐渐降低。在高供气压力、高进口温度和低转速下,轴承承载力均可保持在较高水平。在保证进气面积相同时,相比于小孔节流轴承,狭缝节流轴承的承载力较高而耗气量较小。随轴向间隙增大,气膜压力显著降低,承载力减小而耗气量增大。润滑介质对轴承的静态特性有一定影响,大部分工况下,R134a润滑介质轴承静态特性最优,环戊烷润滑介质轴承次之,R245fa润滑介质轴承最差。本研究结果可为有机工质自润滑气浮轴承的设计优化提供参考。

     

  • 图  1  静压止推轴承几何结构示意图

    ro—轴承外径;ri—轴承内径;rs—狭缝径向位置;z—狭缝厚度;t—周向狭缝角度;ha—轴向间隙;Pi—供气压力;Po—出口压力

    Figure  1.  Geometric Structure of Aerostatic Thrust Bearing

    图  2  静压止推轴承计算域网格示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Computational Domain Grid of Aerostatic Thrust Bearing

    图  3  周向狭缝节流轴承网格无关性验证结果

    Figure  3.  Grid Independence Results for Bearing with Circumferential Slit

    图  4  数值方法验证结果

    Figure  4.  Numerical Validation Results

    图  5  3种节流形式轴承气膜压力分布

    ω—旋转方向

    Figure  5.  Film Pressure Distribution for Three Orifice Types

    图  6  3种节流形式轴承承载力和耗气量的变化

    Figure  6.  Variations of Loading Capacity and Mass Flow Rate for Three Orifice Types

    图  7  3种轴向间隙轴承气膜压力分布

    Figure  7.  Film Pressure Distributions for Three Axial Clearances

    图  8  3种轴向间隙轴承承载力和耗气量的变化

    Figure  8.  Variations of Loading Capacity and Mass Flow Rate for Three Axial Clearances

    图  9  3种润滑介质轴承气膜压力分布

    Figure  9.  Film Pressure Distributions for Three Lubricating Working Fluids

    图  10  3种润滑介质轴承承载力和耗气量的变化

    Figure  10.  Variations of Loading Capacity and Mass Flow Rate for Three Lubricating Working Fluids

    表  1  静压止推轴承结构参数

    Table  1.   Structural Parameters of Aerostatic Thrust Bearing

    参数 数值 参数 数值
    轴承外径ro/mm 25 周向狭缝角度t 15°
    轴承内径ri/mm 15 狭缝径向位置rs/mm 18.8
    狭缝厚度z/μm 20 狭缝数目N 12
    狭缝深度d/mm 4 径向狭缝长度l/mm 4.92
    轴向间隙ha/μm 10/15/20
    下载: 导出CSV

    表  2  静压止推轴承运行参数

    Table  2.   Operating Parameters of Aerostatic Thrust Bearing

    参数 数值
    供气压力/MPa 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1
    供气温度/℃ 120, 140, 160, 180, 200
    出口压力/MPa 0.1
    转速/(r·min−1) 10000, 20000, 30000, 40000, 50000
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-09
  • 修回日期:  2024-08-18
  • 刊出日期:  2025-02-15

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